Multilevel surrogate modeling of an amine scrubbing process for CO2capture

Surrogate models provide a powerful method for simplifying calculations within complex simulations. While surrogate models are broadly applied within chemical engineering, little research exists investigating the level of surrogacy's impact on a simplified process model. In this work, artificial neural networks (ANN) and Kriging models are used as surrogate models at the process, process unit, and thermodynamic levels for a CO₂ amine scrubbing process. The surrogated models are evaluated against an Aspen Plus simulation for accuracy, convergence behavior, computational cost, and ability to extrapolate. The thermodynamic and process unit models can better handle discontinuous, non-smooth behavior, and convergence issues in the surrogated truth model, but poor conditioning in the final system of equations results in a lower accuracy and convergence rate than the process level surrogate. Beyond model accuracy, availability of diverse data, intended re-usability, and the desired outputs must be considered when selecting a level of abstraction.     

结构可靠性分析的模拟重要抽样方法

提出了一种基于Kriging模拟的重要抽样方法用以结构可靠度计算。对于含有隐式极限状态方程的问题,重要抽样方法将大部分的计算时间用于结构有限元分析,这使得重要抽样的计算效率被大大降低了。而Kriging方法能够较好地模拟高度非线性的极限状态方程,并以此模拟计算代替真实的结构分析,其主要目的是为了减少蒙特卡罗方法的计算量。将此方法用于两个框架结构可靠度分析的实例,表明了该方法的有效性和较高的计算效率。     

京津地区人口增长与分布的时空间演化分析

在Arcgis9.0地理信息系统的支持下,采用普通克立格插值和反距离加权插值两种方法研究京津地区人口的分布规律,结果表明:在主城区点效应和主干道交通的廊道效应作用下,该区的人口分布趋势是以北京和天津的中心城区为高密度人口聚集区域,并沿主要交通动脉由中心向周围地区呈梯度递减变化,在两城市间沿京津交通廊道形成了一个人口持续增长和密集分布的廊道区域。近几年该区域的中心城区人口密度逐渐减少,城市外围区人口增加,人口郊区化发展迅速。     

造纸废水处理过程温室气体排放代理模型研究

造纸废水处理过程具有高维、非线性和不稳定性等特点,并且其温室气体排放受诸多因素影响,目前缺乏可描述该过程的模型,因此难以对造纸废水处理过程的温室气体排放进行有效地管控与优化。本课题基于造纸废水处理温室气体产生机理,提出将响应面模型（Response Surface Model,RSM）、Kriging等方法与高维模型表征（High Dimensional Model Representation,HDMR）相结合,建立造纸废水处理过程中温室气体排放的代理模型,保障模型精度,同时降低优化设计所需计算成本。研究结果表明,对比于RSM-HDMR,Kriging-HDMR具有更高的近似精度,其验证结果R²大于0.95,更适用于高维、非线性的造纸废水处理过程。最后还基于Kriging-HDMR进行了关键参数的灵敏度分析,发现溶解氧传递系数和外循环流量对造纸废水处理温室气体减排最为关键。     

一种结构可靠性的模拟数值计算方法

常用结构可靠性计算的方法包括有蒙特卡洛模拟法,响应面法等。大多数方法在计算时必须采用有限元理论,并进行基于Monte carlo抽样仿真,以研究多种不确定因素的影响下结构的可靠性。因此文中提出了一种基于kriging理论建模和遗传算法求解的模拟数值可靠性分析方法,通过采用重要抽样方法以减少抽样仿真次数,并利用kriging模型的高效预测建立结构的状态功能函数,在此基础上,应用遗传算法计算结构可靠性指标。将此方法用于典型框架结构可靠度分析的实例,表明了该方法的有效性和较高的计算效率。     

A meshfree model without shear-locking for free vibration analysis of first-order shear deformable plates

Difficulty in imposing essential boundary conditions in the standard element-free Galerkin method (EFG) is due to the lack of Kronecker’s delta function property of shape functions generated by moving least square approximation (MLS). In this paper, we further apply a meshfree model based on the moving Kriging interpolation method (MK) to free vibration analysis of first-order shear deformable plates. The deflection and two rotation field variables of plate are approximated by the MK method, which is employed to construct the shape functions having the delta function property. With this approach, the drawback in enforcement of the boundary conditions caused by the MLS is now avoided. The present formulation is based on the first-order shear deformation plate theory (FSDT) associated with an effective elimination of the shear-locking phenomenon completely, and hence the approach is applicable to both moderately thick and thin plates. Numerical examples considering various aspect ratios and different boundaries are examined and solutions on natural frequencies obtained by the present method are then compared with existing reference solutions, and very good agreements are observed.     

基于3DMine的贾家堡铁矿储量估算研究

在贾家堡地质数据库的基础上,利用3DMine矿业软件进行样品组合,并对组合样进行地质统计学分析;根据分析后的矿体品位空间变异情况,运用距离平方反比法及普通克里格法对块体模型进行品位估值,并分别生成矿体资源量报告,比较了两者的储量计算结果,并探讨了在资源管理及采矿设计中的应用。     

Surfer在江西省遂川县金坑金矿找矿中的应用

以江西遂川金坑土壤化探采样为研究对象,对研究区内土壤中微量金属元素的化探数据进行了分析,运用Surfer软件对其进行残差计算,滤波分析,最终生成克立格网格,并对其进行平面等值线成图,用以对比趋势面生成等值线图,完成对化探异常的圈定,得出上下金坑为重点勘查区域的结论,为下一步确定勘查靶区提供了有力的技术支持。     

三维地质建模的应用示范——以白音诺尔铅锌矿为例

以国产DIMINE三维矿业软件为基础,系统收集整理了白音诺尔铅锌矿南矿段1号矿脉群750~800 m中段地质勘探资料,通过建立地质数据库,系统建立矿岩三维模型、数据的分析与处理以及资源储量估算整个流程,对比矿体与围岩模型特点、普通克里克估算方法与应用特点,研究结果表明：圈定矿体5条,模型显示矿体主要赋存在闪长玢岩与结晶灰岩接触带上,属典型的矽卡岩型矿床,空间展布形态呈囊状、大脉状、透镜状,整体北东走向;依据地质统计学理论,拟合求得理论变异函数应用于普通克里格估值,分别估算控制和探明资源量合计18.66万t,Pb+Zn品位为4.04%;与传统方法相较,普通克里格估算误差均在合理的范围之内,应用效果良好,估算精度高,可为矿山采矿设计提供参考,为实现矿山的数字化提供重要的理论依据。     

煤岩破裂过程表面电位云图软件开发及应用

针对克里金插值法中理论变异函数拟合精度不稳定及缺乏专用电位云图软件问题,提出了计算理论变异函数模型参数的自动-人工拟合方法,并利用MATLAB开发了煤岩破裂过程表面电位云图软件。对预制45°裂纹岩样进行了单轴压缩实验,利用该软件绘制了岩样变形破裂过程中的表面电位云图,分析了表面电位分布与试样破裂状态的对应关系。研究表明:自动-人工拟合法计算过程稳定,有效提高了克里金插值法的精度;基于开发的电位云图软件绘制的电位云图能够真实反映煤岩体的表面电位分布及变化;岩样表面电位云图可以反映裂纹的扩展方向及岩样破裂状态;在岩样弹性变形阶段后期,表面电位云图反映了岩样裂纹扩展的前兆信息。